壳体内多磁片均匀分布的传感元件的制作方法
【专利摘要】本实用新型壳体内多磁片均匀分布的传感元件属于磁感应提供信号的【技术领域】，特别是涉及在一个转动部件上，进行多点位磁感应提供控制信号的技术。转动盘和固定盘嵌的内空中设有永磁片和霍尔，转动盘上粘贴固定有圆环形分布的多个永磁片，相邻永磁片的磁极性相反，即分布方式是N极、S极、N极…；在有永磁片的环形凹槽转动盘表面和永磁片表面粘贴有挟持磁片层，永磁片被挟持固定在环形凹槽转动盘与挟持磁片层之间；固定盘上的霍尔设在接近永磁片的位置。优点：利用相邻永磁片磁极性成NS的相反分布方式，使霍尔可获得矩形波信号，便于可对信号进行数字处理，永磁片与霍尔的相对位置固定，信号输出可靠。
【专利说明】壳体内多磁片均匀分布的传感元件【技术领域】[0001]本实用新型属于磁感应提供信号的【技术领域】，特别是涉及在一个转动部件上，进 行多点位磁感应提供控制信号的技术。【背景技术】[0002]野宝车料工业(昆山)有限公司申请的中国专利201020295192.0《勾爪式力矩传 感装置》公开了一种助力自行车用传感装置，传感装置包括磁性件和弹性件配合，感受力矩 的传感装置。使用时间长后，弹性件的弹性系数变化就会导致传感信号与被控电机的控制 效果发生变化，助力效果变得与人的助力需要不配合。而且用弹性件的设计结构复杂，制造 成本高。[0003]北京科技大学申请的中国专利01201843.0《电动助力自行车自动检测装置》公开 了一种电动助力自行车自动检测装置，无接触检测蹬力、速度和转向，该装置在相对运动的 内、外轮盘上分别设磁片，内轮盘上有弹簧，内、外轮盘之间用弹簧复位，用支架上的两个霍 尔测内、外轮盘上相对运动的磁片产生的电信号表示蹬力、速度和转向。[0004]缺点(I)用弹性件不耐久:使用时间长后，弹性件的弹性系数变化就会导致传感 信号与被控电机的控制效果发生变化，助力效果变得与人的助力需要不配合，结构复杂，成 本闻。[0005]缺点(2)输出正弦波使磁片组边缘距离不能小于4厘米，一般以5厘米为佳，而 使可设磁片组数太少，人机配合不理想:各磁片组相同，则霍尔输出的是正弦波作为控制信 号，作为控制信号正弦波必需有一定峰谷差值，由于该专利的磁片组需要一定长度表示正 反向运动，在直径为20厘米的环形凹槽转动盘圆形轨迹上最多设8个磁片组，一般以5个 为佳，霍尔才能有控制功能的正弦波信号。也就是说，01201843.0专利的这种技术方案，用 于助力自行车，磁片组数量受限止在8个以内，控制信号太少，人机配合不理想。但如果多 于8个磁片组，在人踏车较快时，霍尔输出的信号图形接近为一条水平线，该信号没有控制 功能，不能控制电动机，使其特别需要助力时，失去助力功能。[0006]缺点(3)信号盲区达45度角，启动时需要助力的时候确得不到助力:众所周知，人 踩自行车脚踏板在顶点力矩最小，从离开顶点10-45度角是最需要助力的区域，但该专利 各磁片组之间的夹角为45度，在脚踏板离开顶点10-45度角区域没有一个磁片组，也就没 有一个控制信号，其结果是最需要助力的时候，但助力自行车的电机确不能助力。[0007]总之，除用弹性件不耐久又结构复杂外，因霍尔与磁片组的配合结构特点，转盘大 小直径为20厘米以内，限止了磁片组数量为8组，磁片组数不能随意增加，使人机配合不理 想，而且启动时得不到助力，助力需求与提供助力不匹配，骑车人的舒适性差；如强行增加 磁片组数量，其传感信号又失去助力控制功能。[0008]王乃康申请的中国专利03264387.X《时间型电动助力自行车传感器》公开了不用 弹性件，只用动、定两个转盘，动盘上面镶嵌两个永磁磁钢，定盘上面镶嵌三个霍尔元件，自 行车踏板转一周，每个霍尔产生两个脉冲，则三个霍尔元件产生六个脉冲。分折可得三个特点，四个缺点如下:
[0009]特点(I)为获得六个脉冲信号，只能是各永磁磁钢相同磁极在一面:每个霍尔要产生两个脉冲，则只能是两个永磁磁钢的相同磁极设在动盘的同一面，即在动盘的某一面，两个永磁磁钢都是北极或都是南极。假如在动盘的同一面，ー个永磁磁钢为北极，另ー个为南极，则踏板转一周，每个霍尔就只能产生ー个脉冲，三个霍尔就只有三个脉冲，这就不合乎该专利说明书记载了。为了增加脉冲数，提高控制效果，只能是各永磁磁钢相同磁极在一面。
[0010]特点(2)永磁磁钢用于表示踏板固定位置，三个霍尔表示踏板运动位置:由于踏板与动盘是同步转动，所以在与两个踏板对应的动盘上两个位置分别固定一个永磁磁钢，某ー个踏板转在什么位置，则对应的永磁磁钢也转在什么位置；但只有转在有霍尔的位置，才能通过霍尔发出控制信号，指挥助力自行车的电机产生需要的助力转动。
[0011]特点(3)因为ー个霍尔不能表示转一周中不同时段踏板运动的位置，则就不能只用一个霍尔:踏板在转一周中的不同时段，对助力需求是有很大差别的，要体现这种助力需求的变化，该专利用三个霍尔分别设在180度角以内的三个位置，两个永磁磁钢分别设在两个踏板位置，踏板转在有霍尔的位置，该霍尔就输出信号表示踏板到达了该霍元的位置。但用多个霍尔又存在下面的缺点。
[0012]作为助力自行车传感器的这些特点会有三个缺点:
[0013]缺点(I)用两个没有差异性的永磁磁钢分别表示两个踏板的固定位置，就只能用多个霍尔来表示踏板的转动位置:两个永磁磁钢没有差异性，优点是可以不分左右脚的分别表示两个踏板的固定位置，使其左右脚发生助力需求，可产生相同的电机助力效果；但缺点是永磁磁钢本身就不能表示踏板的转动位置，而只能用多个霍尔设在不同的转角位置来表示踏板的转动位置，所以不能只用一个霍尔，而必需用多个霍尔。
[0014]缺点(2)不能只用一个霍尔，而三个霍尔必然造成三个控制信号有原始分段误差，使助力需求模型失真，自然产生助力输出与助力需求不一致:助力自行车不论是一个或两个电机，其控制电机的传感信号只能用一个传感信号输入电机控制器才能达到控制电机的目的；而该专利用三个霍尔控制电机，则必需把三个霍尔的三个控制信号合并为ー个合并控制信号后才能输入电机控制器。三个霍尔的传感參数不可能一祥，特别是由于环境温度变化、使用时间长后，三个霍尔的传感參数可能差异很大，其结果造成相同的助力需求吋，不同霍尔的输出的是不同电压，导致电机产生不同的助力输出，助力输出与助力需求不一致；同理相同的助力需求时，不同霍尔的输出的又可能是相同电压，导致电机产生同一种助カ输出，也产生助力输出与助力需求不一致的问题。
[0015]缺点(3)合并控制信号易产生信号漂移，使合并控制信号与电机控制器不匹配，助カ需求模型失真:由于环境温度变化、使用时间长后，三个霍尔的传感參数可能差异很大，三个霍尔的三个控制信号连接点必然变化，则相同的助力需求产生的合并控制信号就会产生分段性的信号漂移，合并控制信号作为一整体产生信号失真，即助力需求模型失真，造成电机控制器选用三个控制信号的任何一个作为基准都会产生助力输出与助力需求不一致的问题。
[0016]缺点(4)传感位点不能随意増加，传感位点太少，电机运行就不平稳，使骑车的人感觉很不舒服:由于有缺点(I)和缺点(2)都最因为霍尔数量大于ー个造成的，很明显霍尔数量越量越多，缺点(I)和缺点(2 )表现越严重。所以，该专利提供的助力自行车只能是使 骑车的人感觉舒适性很不好的助力自行车。[0017]缺点(5)信号盲区达42度角，启动时需要助力的时候确得不到助力:众所周知，人 踩自行车脚踏板在顶点力矩最小，从离开顶点10-45度角是最需要助力的区域，但该专利 各霍尔之间的夹角为42.5-43.5度，在脚踏板离开顶点10-42度角区域没有一个霍尔，也就 没有一个控制信号，其结果是最需要助力的时候，但助力自行车的电机确不能助力。[0018]总之，该专利是用多个霍尔控制助力模式的技术方案，因为只能用多个霍尔来表 示踏板的转动位置，多个霍尔的多个控制信号必然有原始误差，其合并控制信号又易产生 信号漂移，都可造成助力需求模型失真，即不同时间的相同助力需求，但获得不同的助力效 果；霍尔数量越量越多，助力需求模型失真越严重，限止了霍尔了数量，霍尔少数量了又产 生电机运行就不平稳，使骑车的人感觉很不舒服，而且启动时得不到助力。使其要助力需求 模型不失真，和要电机运行平稳这两个问题上总是顾此失彼，不可兼得。[0019]国际专利申请W0/099/13558AI公开了用于电动机上控制电动机的传感器，该传 感器是在转动盘上设置凹陷，把永磁块卡入在转动盘的凹陷中，这种工艺在转动盘上钻凹 陷，只能用手工把多枚永磁块一枚一枚的卡入在转动盘的凹陷中，非常耗时耗人工，而且凹 陷与永磁块必需大小形状配合良好，这点很难作到。因为凹陷过大于永磁块，则转动盘在转 动时，永磁块在凹陷中振动，很易损坏永磁块；凹陷是紧配合永磁块，又很难把永磁块卡入 在转动盘的凹陷中。该国际专利申请W0/099/13558AI并未公开霍尔的设置结构，更未涉及 可调节霍尔，从而调节传感模型的问题。
【发明内容】
[0020]本实用新型的目的是提供只用一个霍尔和环形凹槽转动盘上各个永磁片获得速 度和加速度信号的传感元件，是一种把多个永磁片设在转动盘的设置工艺简单、永磁片不 会移位而传感模型稳定，是一种在可感应区域内，能尽量增加永磁片数量，最大限度利用环 形凹槽转动盘位移信息，输出信息多，是一种固定盘用多个霍尔孔调节霍尔位置从而调节 传感模型，霍尔和多个永磁片用一个组合件固定相对位置的传感元件。使用在助力自行车 上，不用弹性件和其它机械测定力矩，电机运行平稳的助力自行车传感器用传感元件。[0021]本实用新型的构思是:在固定霍尔的环形凹槽固定盘上多设置几个霍尔孔，则同 一个可安装在不同的霍尔孔中时，对相同的转动盘运动可以输出不同的传感信号，不同的 传感模型。永磁片被挟持固定在环形凹槽转动盘与挟持磁片层之间，环形凹槽转动盘转动 时，永磁片保持在环形凹槽转动盘的原位置，不会相对于环形凹槽转动盘移动，传感模型稳 定；在一个霍尔可感受范围内，一个环形凹槽转动盘上用相同的多个永磁片向霍尔的那一 面进行南、北磁极性交替变化，使霍尔产生的信号为矩形波，使信号的控制功能更强、数量 更多。对于助力自行车，表达脚踏板运动状态的信息量更多。[0022]本实用新型的结构是:[0023]壳体内多磁片均匀分布的传感元件，包括一块环形凹槽转动盘1、环形凹槽固定盘 40、一个霍尔3和多枚永磁片2,多枚永磁片2的大小相同、形状相同、磁通量相同,其特征在 于:环形凹槽转动盘I和环形凹槽固定盘40两者的凹面相对，环形凹槽固定盘40嵌合在环 形凹槽转动盘I的环形凹槽之中，成两个盘能相对转动的嵌合内空外壳，两个盘的凹面夹成ー个空心环41 ;在空心环41位置的环形凹槽转动盘I上粘贴固定有多枚永磁片2，该多枚永磁片2均匀地呈圆形轨迹分布，即每枚永磁片2到圆形轨迹线5所在圆中心的距离相同、相邻两枚永磁片2之间的距离相同；每枚永磁片2磁极性的N极和S极分别在环形凹槽转动盘I的两面，相邻两枚永磁片2的磁极性相反，ー块环形凹槽转动盘I上全部永磁片2的磁极性分布方式是N极、S极、N极、S极、N极、S极......；
[0024]在有永磁片2的环形凹槽转动盘I表面和永磁片2表面粘贴有挟持磁片层6,永磁片2被挟持固定在环形凹槽转动盘I与挟持磁片层6之间；
[0025]在空心环41的环形凹槽固定盘40上设置有一个霍尔3，该霍尔3设置在环形凹槽固定盘40的霍尔孔8中，环形凹槽固定盘40上至少有两个霍尔孔8，不同的霍尔孔8距离多枚永磁片2的圆形轨迹线5所在圆中心距离不相同，霍尔3设在接近永磁片2井能感受每个永磁片2磁通量的位置，霍尔3与永磁片2之间有间距；霍尔3是对相反磁极性产生矩形波输出信号的霍尔。
[0026]现有技术都是在转动盘上设置凹陷或孔，把永磁块卡入在转动盘的凹陷或孔中，这种エ艺要在转动盘上钻凹陷或孔，只能用手工把多枚永磁块一枚一枚的卡入在转动盘的凹陷或孔中，非常耗时耗人工，而且凹陷或孔与永磁块必需大小形状配合良好，这点很难作至IJ。因为凹陷或孔过大于永磁块，则转动盘时，永磁块在凹陷或孔中振动，很易损坏永磁块；凹陷或孔是紧配合永磁块，又很难把永磁块卡入在转动盘的凹陷或孔中。
[0027]为解决现有技术的问题，本实用新型用粘贴的方法把永磁片2设置在环形凹槽转动盘I上，主要是能大大减少把永磁片2固定在环形凹槽转动盘I上的エ艺。为防止粘贴不牢固的问题，本实用新型在有永磁片2的环形凹槽转动盘I表面和永磁片2表面粘贴有挟持磁片层6，永磁片2被挟持固定在环形凹槽转动盘I与挟持磁片层6之间，则环形凹槽转动盘I的转动不会使永磁片2移位，保证多枚永磁片2之间的相对位置不变，传感元件的传感性能不变，传感模型稳定。粘贴ー块挟持磁片层6比现有技术用手工把多枚永磁块ー枚一枚的卡入在环形凹槽转动盘I的凹陷或孔中更方便、简单、不会损坏永磁铁。
[0028]在制造传感元件的エ艺方面，本实用新型用挟持磁片层6结构作为技术保证，可以用粘贴的方法把永磁片2设在环形凹槽转动盘I上，则具有制作简单、方便从而降低成本的优点；不会在环形凹槽转动盘I转动时，永磁片2与环形凹槽转动盘I碰撞而损坏永磁片2而具有耐用性优点，可见本实用新型比现有技术具有明显的技术进步。
[0029]挟持磁片层6选用不导磁材料，或用不导磁材料制成。
[0030]环形凹槽转动盘I与环形凹槽固定盘40即嵌合，又能相对转动，保证了在环形凹槽转动盘I转动状态，霍尔3与全部永磁片2的感应位置不变化，使霍尔3的输出信号只与全部永磁片2的转动有夫，而与环形凹槽转动盘I与环形凹槽固定盘40以下的物件无关；如果环形凹槽转动盘I与环形凹槽固定盘40用金属材料，又可有屏蔽作用，所以，用环形凹槽转动盘I与环形凹槽固定盘40将霍尔3与全部永磁片2置于空心环41进行感应，提高了霍尔3信号的可靠性、真实性。
[0031]当把环形凹槽固定盘40固定在某一物件上，转动环形凹槽转动盘1，环形凹槽转动盘I上的各个永磁片2扫过环形凹槽固定盘40上的霍尔3吋，每个永磁片2都能使霍尔3产生电信号。由于相邻两枚永磁片2的磁极性相反，即全部永磁片2的磁极性南、北交替的面对霍尔3，则霍尔3产生电信号为矩形波信号，矩形波信号方便进行数字化处理信号，用于实现数字化控制。现有技术是全部永磁片2的用同一个磁极性面向霍尔3，霍尔3就只能产生正弦波信号，所以只能用于模拟控制；一但霍尔3的感应参数变化，模拟控制就可能失真。而本实用新型用矩形波信号实现数字化控制，不会产生控制失真的问题。[0032]环形凹槽转动盘I可以是塑料板、高强度绝板、铜板、铝板等不易变形的材料板。 使用传感元件时，环形凹槽转动盘I要转动，转动的中心就是多个永磁片2成圆环形分布所在圆的中心。[0033]多个永磁片2在圆环形范围内，成圆环形分布的目的在于可以只用一个霍尔3感受环形凹槽转动盘上全部永磁片2的运动状态，即感受环形凹槽转动盘上全部永磁片2的运动位置和速度，以及速度的变化，或称加速度，这一个霍尔3就能把永磁片2的运动状态用一个连续的电信号来表达并输出电信号，又因为全部永磁片2是分别固定在环形凹槽转动盘即环形凹槽转动盘I上的，则霍尔3产生的连续电信号就能表达环形凹槽转动盘的运动状态。如果把这个连续电信号用于控制其它物体，这个连续电信号就是控制信号。如果用于控制助力自行车的电机，还需要用单片机或其它电子元件作为传感信号处理器，把控制信号中的位置、速度、加速度要索转换成需要助力多少的助力信号，换算的函数就是助力需求模型，或称助力模型。[0034]霍尔3设在接近永磁片2并能感受永磁片2磁通量的位置，目的在于用霍尔3感受永磁片2的运动状态，从而感受环形凹槽转动盘I的运动状态，即运动位置、速度、加速度。[0035]环形凹槽固定盘40上至少有两个霍尔孔8，而且不同的霍尔孔8距离多枚永磁片 2的圆形轨迹线5所在圆中心距离不相同。则同一个霍尔3设在不同的霍尔孔8时，分别可输出不同的传感信号波形，即获得不同的信号模型。实现一个传感元件在不同时间，可输出不同输出波形的目的。[0036]相邻永磁片2的磁极性相反是很重要的技术特征，全部永磁片2的磁极性分布方式是N极、S极、N极、S极、N极、S极……，使霍尔3输出高、低相间的矩形波信号，因为作为大小受限止的环形凹槽转动盘，转动一周要获得尽量多的精确变化信号，当然应是选用矩形波。矩形波信号的峰谷值变化的时间短，可在一定的时间内，产生尽量多的有控制意义的信号。相邻永磁片2的磁极性相反的结构产生矩形波，而相邻永磁片2的磁极性相同的结构产生正弦波，特别是用于助力自行车时，作为传感部件的环形凹槽转动盘一般限止在直径为10-15厘米，在这种限范围要获得有控制功能的信号，转动一周，产生矩形波比产生正弦波可提供的脉冲个数多7-9倍。自然，相邻永磁片2的磁极性相反的结构对助力自行车的控制效果更的，人与车配合更好，乘骑人感觉更舒服。[0037]环形凹槽固定盘40内圈的外表面与环形凹槽转动盘I内圈的内表面之间设有轴承42。轴承42使环形凹槽固定盘40与环形凹槽转动盘I之间能长时间保持良好的相对转动。[0038]永磁片2的厚度为0.2~0.5毫米。重量轻，不易位只要选用磁通量为 146279 (B.H)max/KJ.m_3的永磁片2，永磁片2的厚度为0.2^0.5毫米就能保证霍尔 3能正常感受到永磁片2的磁场，使霍尔3输出电信号。实验证明，当永磁片2的磁通量为 146279 (B.H)max /KJ.m_3时，永磁片2的厚度为0.2^0.5毫米，霍尔3能正常感受到永磁片2的磁场并输出电信号。选用永磁片2的厚度为0.2^0.5毫米，目的是减轻永磁铁的重量，因为减轻永磁铁的重量，可以使环形凹槽转动盘I时，永磁片2的惯性小，永磁片2不会移位，传感模型稳定。
[0039]挟持磁片层6金融铝薄板或塑料薄板的某ー种。金融铝薄板或塑料薄板是与环形凹槽转动盘I压紧永磁片2之用的。
[0040]挟持磁片层6是在有永磁片2的环形凹槽转动盘I表面和永磁片2表面浇注粘接剂液，该粘接剂液凝固后成为固体层。用粘接剂液浇注在环形凹槽转动盘I表面和永磁片2表面，凝固后成为挟持磁片层6的固定永磁片2エ艺比用金融铝薄板或塑料薄板固定永磁片2的エ艺更简单，而且固定永磁片2不移动位置的效果还更好，传感模型更稳定。
[0041]有了减轻永磁片2的重量、压紧挟持永磁片2、粘接剂液浇注凝固而粘牢永磁片2的技术后，环形凹槽转动盘I上粘贴多枚永磁片2就不会有永磁片2在环形凹槽转动盘I转动时移位的问题，传感模型稳定。则不需用エ艺复杂的现有技术把永磁铁卡入在转动盘的凹陷或孔中。
[0042]霍尔3设在正对多枚永磁片2的圆形轨迹线5的位置。因为霍尔3是能有间距感受永磁片2磁通量而输出电信号的部件，又为了尽量减小永磁片2的体积，使其在环形凹槽转动盘I上尽量多的设置永磁片2，使尽量减小的永磁片2都能被霍尔3感应；霍尔3应设在正对圆形轨迹线5的位置，而且最好设在接近能贯穿全部永磁片2的圆形轨迹线的位置。
[0043]环形凹槽转动盘I在多枚永磁片2的圆形轨迹线5所在圆范围内设有中心孔4。如果环形凹槽转动盘I要穿套在ー个转动轴上使用，环形凹槽转动盘I上就要设ー个穿套转动轴的孔；为保证环形凹槽转动盘I在随转动轴转动时，霍尔3能感受环形凹槽转动盘I上每个永磁片2的运动信号，则环形凹槽转动盘I上的穿套孔应设在多个永磁片2的圆形轨迹线5所在圆范围的中心，成为中心孔4。也就是说，中心孔4不一定是圆形，可以是方形、三角形等形状，以便可以与方形、三角形等形状的转动轴相套，但中心孔4的内空一定包括圆形轨迹线5所在圆的中心，才能使用一个霍尔3感受环形凹槽转动盘I环形凹槽转动盘上全部永磁片2的运动信号。
[0044]环形凹槽转动盘I是不导磁材料的塑料板、铝材板、铜材板的某ー种。由于本实用新型是相邻永磁片2的磁极性相反的结构，能使相邻永磁片2的边缘几乎可相贴也能使霍尔3输出有控制功能的电信号。
[0045]本实用新型的优点:结构简单、成本低、永磁片环上的永磁片数量不受限止、输出标准的脉冲信号、没有信号盲区、只用一个霍尔的一组输出信号就能完全表示动盘的全部运动状态、输出信号不会失真不漂移，用于助力自行车，使助力输出与助力需求能高度配合而使骑车人感觉很舒服。
[0046][I]粘贴永磁片的エ艺简单:环形凹槽转动盘上粘贴多枚永磁片的エ艺简单。现有技术都是在转动盘上设置凹陷或孔，把永磁块卡入在转动盘的凹陷或孔中，这种エ艺要在转动盘上钻凹陷或孔，只能用手工把多枚永磁块一枚一枚的卡入在转动盘的凹陷或孔中，非常耗时耗人工，而且凹陷或孔与永磁块必需大小形状配合良好，这点很难作到。因为凹陷或孔过大于永磁块，则转动盘时，永磁块在凹陷或孔中振动，很易损坏永磁块；凹陷或孔是紧配合永磁块，又很难把永磁块卡入在转动盘的凹陷或孔中。
[0047][2]粘贴的永磁片不会移动位置:有了减轻永磁片的重量、压紧挟持永磁片、粘接剂液浇注凝固而粘牢永磁片的技术后，环形凹槽转动盘上粘贴多枚永磁片就不会有永磁片在环形凹槽转动盘转动时，相对于环形凹槽转动盘产生移位的问题，永磁片始终随环形凹槽转动盘同步运动，传感模型稳定。则不需用工艺复杂的现有技术把永磁铁卡入在转动盘 的凹陷或孔中。[0048]本实用新型在制造传感元件的工艺方面，本实用新型用挟持磁片层结构作为技术 保证，可以用粘贴的方法把永磁片设在环形凹槽转动盘上，则具有制作简单、方便从而降低 成本的优点；不会在环形凹槽转动盘转动时，永磁片与环形凹槽转动盘碰撞而损坏永磁片 而具有耐用性优点，可见本实用新型比现有技术具有明显的技术进步。[0049][3]用能相对转动的环形凹槽转动盘环形凹槽固定盘合成壳体，固定了霍尔与全 部永磁片的相对位置，避免了壳体外的环境干扰，提高了霍尔信号的可靠性、真实性，还方 便了安装、调试、维修等。改变霍尔位置也能改变输出波形:环形凹槽固定盘设置多个霍尔 孔，而且不同的霍尔孔距离多枚永磁片的圆形轨迹线所在圆中心距离不相同。则同一个霍 尔设在不同的霍尔孔时，分别可输出不同的传感信号波形，即获得不同的信号模型。实现一 个传感元件在不同时间，可输出不同输出波形，在不同时间，对被控制物进行多种方式控制 的目的。这种技术效果必需有环形凹槽转动盘和环形凹槽固定盘的壳体才能实现。而国际 专利申请W0/099/13558AI的技术方案没有壳体，则不能实现改变霍尔位置而改变输出波 形的目的。[0050][4]结构简单，不用弹性件，无机械故障:用霍尔感受多个永磁片转动输出信号，用 中国专利01201843.0提供的速度可推算力矩的原理，可用多种数学模型推算助力自行车 的力矩参数，用于控制助力自行车的电机，实现助力。不用弹性件、结构简单、成本低于用弹 性件和机械受力的传感器。避免了长时间使用后，各机械部件变形、无机械故障、配合不佳 的问题。[0051][5]磁极性相反，输出矩形波信号，具有精确控制功能:由于相邻两枚永磁片的磁 极性相反，并且霍尔选用对相反磁极性产生矩形波输出信号的霍尔，则相邻两枚永磁片无 论间距多少，即使相邻两枚永磁片之间没有间隙，霍尔也同样能输出矩形波信号。如用于 助力自行车，用矩形波的输出信号来控制助力自行车的电机优于用正弦波，因为矩形波能 作到信号在任何时间点，表示运动位置和速度的信号含义精确，从而可精确表示助力自行 车踏板的运动位置和速度，以便用踏板精确的位置和速度推算出该运动状态正确的助力需 求。[0052][6]相邻永磁片的磁极性相反，永磁片数量不受限止，可尽量增加传感点位:由于 磁极性相反，输出矩形波信号，相邻永磁片即使无间隙，其输出的信号仍然是有个数、可区 分的矩形波信号，仍然具有控制功能，也就是说不会输出没有控制功能的无变化直线形信 号。如用于助力自行车，由于与踏板联动的环形凹槽转动盘直径大小受限止，就可在规定大 小的环形凹槽转动盘上，尽量增加永磁片数量、尽量增加传感点位、用尽量多的传感信号表 示自行车踏板运动位置和速度，精确表示运动状态。[0053][7]相邻永磁片的磁极性相反，可设置永磁片多、传感点位多，对环形凹槽转动盘 的运动状态表示精确:对用于助力自行车，固定永磁片的环形凹槽转动盘大小受到严格限 止，一般环形凹槽转动盘直径只能在10-15厘米以内，为了使霍尔在有间距的条件下获得 永磁片的磁极信号，其永磁片的直径至少为Φ0.6-0.8厘米，则直径10-15厘米的环形凹槽 转动盘的周边无间隙的可设置35-73个永磁片[10-1*3.14/0.8=35 ;15_1*3.14/0.6=73]， 即脚踏板转一周，霍尔可获得35-73个信号用于控制助力自行车的电机。但如果是相邻永磁片磁极性相同的现有技术，相邻永磁片按5厘米间距，则在直径10-15厘米环形凹槽转动盘上，最多只能设置5-8个永磁片[10-1*3.14/5.8=5 ;15_1*3.14/5.6=8]。可见，本专利技术比现有技术可以多设置永磁片7-9倍[35/5=6 ;73/8=9]，多设置30-65个永磁片[35-5=30 ;73-8=65]。所以，环形凹槽转动盘转一周，本专利技术比现有技术增加了 7_9倍的环形凹槽转动盘转动位点信号。对助力自行车的电机控制精确度自然提高了 7-9倍，使骑车人对助力需求精确度也提高了 7-9倍，车与人的配合程度大大提高，骑车人的舒适感大大增加，不再是现有技术的助力车那种一快一慢不舒服的感觉。本实用新型请人根据实际的体验，当环形凹槽转动盘上大致均匀的设置15个永磁片时，基本消除了现有技术只设5-8个永磁块使助力车那种一快一慢不舒服的感觉；当环形凹槽转动盘上大致均匀的设置20个永磁片时，车与人的配合己能满足人的需要，乘骑助力车的感觉已很舒服。
[0054][8]没有信号盲区，任何时候的助力需求都会获得相匹配的助力:本专利在直径10-15厘米的环形凹槽转动盘周边最多可设置35-73个永磁片，各永磁片之间平均夹角为5-10度。用于助力自行车，在启动或运行时，脚踏板从离开顶点10-45度角的35度区域内，有4-7个永磁片在离开顶点10度角的位置就有ー个信号了，则霍尔可输出4-7个控制信号反应助力需求，能实现任何位置、任何时间有助力就能获得相应助力的优良技术效果，使车与人的配合良好，骑车人感到省力又舒适。
[0055][9]只用一个霍尔，一个控制信号表示环形凹槽转动盘的全部运动状态，控制信号与环形凹槽转动盘的运动状态完全一致，控制信号与人的需求完全一致:多个永磁片是固定在环形凹槽转动盘上的，永磁片与环形凹槽转动盘同步转动，用一个霍尔感受全部的永磁片运动信号，则霍尔输出的控制信号与环形凹槽转动盘的运动状态完全一致，与人的需求也就完全一致，控制信号不会有原始分段误差和信号漂移问题。即使霍尔传感參数发生变化，也是整个控制信号平行移动，只要接收霍尔控制信号的电机控制器的接收范围较宽，变化了的霍尔控制信号的控制效果成系统性改变。如用于助力自行车，助力需求模型不会失真，助力输出与助力需求仍然保持原来模型的匹配关系，骑车人很容易掌握这种助力性能的系统性改变。
【专利附图】
【附图说明】
[0056]图1是转动盘上均匀分布多个N-S交替永磁片的传感元件结构示意图；
[0057]图2是转动盘上高密度均匀分布多个N-S交替永磁片的传感元件结构示意图；
[0058]图3是传感器的剖面结构示意图。
[0059]图中I是环形凹槽转动盘、2是永磁片、3是霍尔、5是圆形轨迹线、6是挟持磁片层、8是霍尔孔、40是环形凹槽固定盘、41是空心环、42是轴承。
【具体实施方式】
[0060]实施例1、挟持磁片层用浇注聚胺脂的壳体内多磁片均匀分布的传感元件
[0061]如图1、3，用ー个环形凹槽转动盘I和ー个环形凹槽固定盘40两者的凹面相对，环形凹槽转动盘I和环形凹槽固定盘40的大小正好使环形凹槽固定盘40能嵌合在环形凹槽转动盘I的环形凹槽之中，合成两个盘能相对转动的嵌合内空外売，两个盘的凹面夹成ー个空心环41 ;在空心环41位置的环形凹槽转动盘I上粘贴固定有20个永磁片2。在有永磁片2的环形凹槽转动盘I表面和永磁片2表面还粘贴有挟持磁片层6,永磁片2被挟持固定在环形凹槽转动盘I与挟持磁片层6之间。环形凹槽转动盘I和环形凹槽固定盘40用高强度塑料注塑成形。
[0062]挟持磁片层6是在粘贴有永磁片2的环形凹槽转动盘I表面和永磁片2表面烧注聚胺脂粘接剂液，该聚胺脂粘接剂液凝固后成为固体层，该固体层就是用于在环形凹槽转动盘I转动吋，固定20个永磁片2相对于环形凹槽转动盘I不移动位置的挟持磁片层6。
[0063]空心环41内的环形凹槽转动盘I面直径10.0厘米，在环形凹槽转动盘I设20个永磁片2，20个永磁片2的直径分别为0.8厘米的，永磁片2的厚度为0.3毫米，永磁片2的磁通量为146279 (B ? H)max/KJ ? m_3中的某一个值。
[0064]环形凹槽转动盘1、永磁片2、霍尔3的结构如下:
[0065]全部永磁片2均匀地呈圆形轨迹分布,姆个永磁片2固定在直径9.0厘米圆形轨迹线5上，即每个永磁片2到圆形轨迹线5所在圆中心的距离相同、相邻永磁片2之间的距离相同。
[0066]在转动盘I的一个面设置的全部永磁片2成相邻永磁片2的磁极性相反的方式排列，即转动盘I的一个面上全部永磁片2的磁极性分布方式是N极、S极、N极、S极、N极、S极……。
[0067]在空心环41内的环形凹槽固定盘40的某ー个霍尔孔8中设置有一个霍尔3，霍尔3的信号输出线从环形凹槽固定盘40穿出，霍尔3设在接近永磁片2的位置，即霍尔3设在每个永磁片2所在圆形轨迹 线5范围内，霍尔3与转动状态的每个永磁片2保持0.3厘米的间隔距离，使转动的每个永磁片2在经过霍尔3时，霍尔3能产生ー个对应的矩形波电信号输出。
[0068]环形凹槽固定盘40有两个霍尔孔8，该两个霍尔孔8距离多枚永磁片2的圆形轨迹线5所在圆中心距离不相同，即该两个霍尔孔8所在半径的距离不相同，但该两个霍尔孔8的位置都要使其设在当中的霍尔3能感受转动状态的每个永磁片2的磁通量，两个霍尔孔8中只有其中ー个霍尔孔8设有霍尔3，但这个霍尔3在不同时候，可设在不同的霍尔孔8中。霍尔3与永磁片2之间有间距；霍尔3是对相反磁极性产生矩形波输出信号的霍尔。
[0069]转动盘I在该全部永磁片2所在圆形轨迹线5中心设有中心孔4,中心孔4用于套在助力自行车的踏板中轴或转轮转轴上用。
[0070]实施例2、高密度壳体内多磁片均匀分布的传感元件
[0071]如图2、3，空心环41内的环形凹槽转动盘I面直径10.0厘米，在环形凹槽转动盘I设40个永磁片2，40个永磁片2的直径分别为0.6厘米的，永磁片2的厚度为0.2毫米，磁通量为146279 (B ? H)max/KJ ? m_3中的某一个值。霍尔3与转动状态的每个永磁片2保持0.2厘米的间隔距离，使转动的每个永磁片2在经过霍尔3时，霍尔3能产生ー个对应的矩形波电信号输出。其它转动盘1、永磁片2、霍尔3的结构同于实施例1。
[0072]实施例3、挟持磁片层用铝板的壳体内多磁片均匀分布的传感元件
[0073]如图1、3，用ー个环形凹槽转动盘I和ー个环形凹槽固定盘40两者的凹面相对，环形凹槽转动盘I和环形凹槽固定盘40的大小正好使环形凹槽固定盘40能嵌合在环形凹槽转动盘I的环形凹槽之中，合成两个盘能相对转动的嵌合内空外売，两个盘的凹面夹成ー个空心环41 ;在空心环41位置的环形凹槽转动盘I上粘贴固定有20个永磁片2。在有永 磁片2的环形凹槽转动盘I表面和永磁片2表面还粘贴有挟持磁片层6,永磁片2被挟持固 定在环形凹槽转动盘I与挟持磁片层6之间。环形凹槽转动盘I和环形凹槽固定盘40用 高强度塑料注塑成形。[0074]挟持磁片层6用与转动盘I相同大小和厚度的铝板，该铝板就是用于在环形凹槽 转动盘I转动时，固定20个永磁片2相对于环形凹槽转动盘I不移动位置的挟持磁片层6。[0075]空心环41内的环形凹槽转动盘I面直径10.0厘米，在环形凹槽转动盘I设20个 永磁片2，20个永磁片2的直径分别为0.8厘米的，永磁片2的厚度为0.5毫米，永磁片2 的磁通量为146279 (B.H)max/KJ.m_3中的某一个值。其它同于实施例1。
【权利要求】
1.壳体内多磁片均匀分布的传感元件，包括ー块环形凹槽转动盘(I)、环形凹槽固定盘(40)、一个霍尔(3)和多枚永磁片(2),多枚永磁片(2)的大小相同、形状相同、磁通量相同，其特征在于:环形凹槽转动盘(I)和环形凹槽固定盘(40)两者的凹面相对，环形凹槽固定盘(40)嵌合在环形凹槽转动盘(I)的环形凹槽之中，成两个盘能相对转动的嵌合内空外売，两个盘的凹面夹成ー个空心环(41);在空心环(41)位置的环形凹槽转动盘(I)上粘贴固定有多枚永磁片(2),该多枚永磁片(2)均匀地呈圆形轨迹分布，即姆枚永磁片(2)到圆形轨迹线(5)所在圆中心的距离相同、相邻两枚永磁片(2)之间的距离相同；每枚永磁片(2)磁极性的N极和S极分别在环形凹槽转动盘(I)的两面，相邻两枚永磁片(2)的磁极性相反，ー块环形凹槽转动盘(I)上全部永磁片(2)的磁极性分布方式是N扱、S扱、N扱、S极、N极、S极......； 在有永磁片(2 )的环形凹槽转动盘(I)表面和永磁片(2 )表面粘贴有挟持磁片层(6 )，永磁片(2)被挟持固定在环形凹槽转动盘(I)与挟持磁片层(6)之间； 在空心环(41)的环形凹槽固定盘(40)上设置有一个霍尔(3)，该霍尔(3)设置在环形凹槽固定盘(40)的霍尔孔(8)中，环形凹槽固定盘(40)上至少有两个霍尔孔(8)，不同的霍尔孔(8)距离多枚永磁片(2)的圆形轨迹线(5)所在圆中心距离不相同，霍尔(3)设在接近永磁片(2)井能感受每个永磁片(2)磁通量的位置，霍尔(3)与永磁片(2)之间有间距；霍尔(3)是对相反磁极性产生矩形波输出信号的霍尔。
2.根据权利要求1所述的壳体内多磁片均匀分布的传感兀件，其特征在于:永磁片(2)的厚度为0.2^0.5毫米。
3.3、根据权利要求2所述的壳体内多磁片均匀分布的传感兀件,其特征在于:挟持磁片层(6)金融铝薄板或塑料薄板的某ー种。
4.根据权利要求2所述的壳体内多磁片均匀分布的传感兀件,其特征在于:挟持磁片层(6)是在有永磁片(2)的环形凹槽转动盘(I)表面和永磁片(2)表面浇注粘接剂液，该粘接剂液凝固后成为固体层。
5.根据权利要求1或2或3或4任何ー项所述的壳体内多磁片均匀分布的传感元件，其特征在于:环形凹槽固定盘(40)内圈的外表面与环形凹槽转动盘(I)内圈的内表面之间设有轴承(42)。
6.根据权利要求5所述的壳体内多磁片均匀分布的传感元件，其特征在于:霍尔(3)设在正对多枚永磁片(2)的圆形轨迹线(5)的位置。
7.根据权利要求6所述的壳体内多磁片均匀分布的传感元件，其特征在于:环形凹槽转动盘(I)在多枚永磁片(2)的圆形轨迹线(5)所在圆范围内设有中心孔(4)。
8.根据权利要求7所述的壳体内多磁片均匀分布的传感元件，其特征在于:环形凹槽转动盘(I)是不导磁材料的塑料板、铝材板、铜材板的某ー种。
【文档编号】G01P3/481GK203381758SQ201320437932
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年7月23日 优先权日:2012年7月28日
【发明者】黄强 申请人:成都宽和科技有限责任公司, 黄强, 高松, 欧阳焱雄